Physiologie Physikum an der Tierärztliche Hochschule Hannover

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Surfactant

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Rejektion 

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Wärmeabgabemechanismen
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Darmmotorik (Aufgaben und Formen der Motilität)

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interdigestive Dünndarmmotorik

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Atmungsmechanik (Phasen, Übertragung, Pneumothorax)

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mechanische Widerstände bei der Atmung 

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Schilddrüse als neuroendokrinen Organ 

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Pathomechanismen der Thermoregulation

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Wie funktioniert die Sekretion in den Hauptzellen?

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Inwiefern bestimmt die Futteraufnahme die Sekretionsaktivität im Magen?
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Welche Hormone sind wichtig in der Laktation

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Physiologie Physikum

Surfactant

Surfactant sind Substanzen, die die alveoläre Oberflächenspannung verringern


An der Grenze zwischen dem alveolären Eptihel und dem Gas in den Alveolen herrscht eine Spannung, wie auch zwischen anderen Wasser-Gas-Grenzen. Wenn das Epithel der Alveolen mit einem Flüssigkeitsfilm nur aus reinem Wasser bestünde, würden die meisten Alveolen kollabieren, da die herrschende Kraft zu groß wäre. 

Um das zu verhindern besteht der Flüssigkeitsfilm nicht nur aus Wasser, sondern enthält oberflächenaktive Substanzen wie Phophatidylcholin und anderen Lipiden und Proteinen. 

Physiologie Physikum

Rejektion 
Rejektion = Wiederkauen eines Bolus aus dem Pansen 
- durch eine zusätzliche Kontraktion unmittelbar vor der biphasischen Haubenkontraktion wird Ingesta aus dem Pansenvorhof vor die Cardia geschoben 
- Inspiration bei angehobenem Gaumensegel sorgt für einen Unterdruck im thorakalen Bereich des Ösophageus und der Bolus wird in diesen hinein gesogen 
- schnelle antiperistaltische Kontraktion bringt den Bolus in die Maulhöhle 
- Ausquetschen des Bolus am harten Gaumen und 2x Abschlucken der Flüssigkeit 
- 50 Kieferschläge wiederkauen (ca. 1 min)
- Abschlucken des zerkleinerten Bolus 
- 5-10 s Pause 
- neuer Zyklus 

dient der Zerkleinerung der großen Futterpartikel, damit mehr Oberfläche vorhanden ist, als Ansatz für die mikrobielle Besiedlung und den Abbau von Zellinhaltsstoffen

außerdem erhöht es den Speichelfluss, was der Abpufferung des Panseninhalts dient 

Physiologie Physikum

Wärmeabgabemechanismen
Konduktion = Wärmeabgabe über direkten Kontakt vom warmen zum kälteren Körper, bis sich die Temperatur ausgeglichen hat

Konvektion = Wärmeabgabe über ein bewegtes Medium (Wasser, Blut, Luft) Dabei hängt die Leistung von der Strömungsgeschwindigkeit und der Wärmekapazität der Substanz ab 

Radiation = Jeder Körper strahlt Wärme in form von elektromechanischen Wellen im Infrarotbereich ab

Evaporation = Wärmeabgabe durch Verdunstung Von Wasser (Hecheln oder Schwitzen) -> einziger Mechanismen der entgegen einem Gradienten wirken kann

Physiologie Physikum

Darmmotorik (Aufgaben und Formen der Motilität)
Aufgaben des Darms sind Speichern, Durchmischen und Transportieren. Dementsprechend gibt es auch bestimmte Bewegungsformen für jede Aufgabe. 
Vor allem der Dickdarm ist wichtig für die Speicherung der Nahrung, damit eine lange Verweildauer ermöglicht wird für die fermentative Verdauung von Pflanzenfasern, sowie auch die Eindickung des Kots. 
Die Transportfunktion ermöglicht einen segmentalen Nährstoffentzug in verschiedenen spezialisierten Damabschnitten, das dämmt auch die Besiedlung mit Mikroorganismen auf den DIckdarm ein. 
Die Durchmischung des Nahrungsbreis mit den Enzymen des Pankreassekrets im Dünndarm ist wichtig und im Dickdarm müssen die MO ständig wieder in Kontakt mit den verdaulichen Substraten kommen. 
Außerdem werden so die Nährtoffe an die Bürstensaummembran gebracht, um so die membranale Phase der Verdauung und die Resorption einzuleiten. 

Formen der Dünndarmmotilität 
Mischbewegungen 
Segmentationen
- Kontraktion der Ringmuskulatur -> Perlschnurartig 
- stationär 
- dienen der längeren Darmpassage und Vermischung 
- durch Proteinreiche Nahrung gefördert 
Peristaltische Wellen 
- kurze Distanz, kein Wirklicher Vorschub des Chymus, Darminhalt gleitet immer ins erschlaffende Segment zurück  
- mehrfach am selben Ort
- stationäre oder wandernde Kontraktionsgruppen
- durch fettreiche Nahrung gefördert 
Transportbewegungen
Peristaltischer Reflex
- durch Dehnung der Darmwand ausgelöst 
- Kontraktion der Ringmuskelschicht vor dem Bolus (ascendierende Kontraktion) und Relaxation hinter dem Bolus (descendierende Relaxation) -> Transport nach aboral
Antiperistaltik
- am Dünndarm pathologisch 
Riesenkontraktionen 
- oft extrinsisch getriggert 
- laufen ohne slow waves der ICC ab (Unterschied zu Peristaltik 
- kräftig und langsam fortschreitend 
- über große Strecken transportiert
- physiologisch nur am Ileum des Schweines 
- bei anderen Tieren vorallem zur Reinigung und Ergänzung der Phase 3 des MMC 
- typisch bei Durchfall 

Formen der Dickdarmmotilität:
Abwechselnde Peristaltik/ Antiperistaltik
- geringe Frequenz und geringe Einschnürung
- dienen der Durchmischung und langen Verweildauer (s.o.)
Haustrenbewegungen 
- Sonderform der Segmentation 
- Durchmischung und lange Verweildauer
- an den irregulären Strukturen der Haustren wird Inhalt „aufgewirbelt“ 
- Falle für Fermentationsgase, Gas kann in kleinen Portionen transportiert werden
- distal kommen dann richtige Segmentationsbewegungen vor 
- Kotformung
Riesenkontraktionen
- physiologisch 2-3 mal am Tag
- durch Magendehnung und Hormonauschüttung im Magen ausgelöst -> gastrocolischer Reflex
- schafft Platz 

Physiologie Physikum

interdigestive Dünndarmmotorik

interdigestiv = zwischen 2 Mahlzeiten 

Am Dünndarm tritt in der interdigestiven Phase der migrierende motorische Komplex auf (MMC). Er ist ein koordiniertes Mortalitätsmuster von Magen und Dünndarm. 


Dabei werden 3 Phasen durchlaufen.

Phase I :

- keine nennenswerten Kontraktionen (60 min)

Phase II : 

- unregelmäßige Segmentationskontraktionen und einzelne peristaltische Wellen zur Durchmischung und zum Abtransport einzelner Boli (15 min)

Phase III :

- hochfrequente, starke, lang anhaltende peristaltische Wellen (5-8 min)

- Putzeffekt 

- die letzten Reste werden in den Dickdarm gebracht 

- beim Ausbleibenden der Phase wird die Ausbreitung der Bakterien aus dem Dickdarm im Dünndarm begünstigt

- bei Katzen wird diese Phase ersetzt durch Riesenkontraktionen

Ein Zyklus wiederholt sich ungefähr alle 70-120 min, wobei ein neuer Zyklus beginnt, sobald der alte das Ileum erreicht. Es kann aber auch vorkommen, dass zwei Zyklen gleichzeitig ablaufen, also ein neuer Zyklus schon beginnt, obwohl der alte noch nicht beendet ist (häufig beim Schwein). 


Bei Karnivoren und Omnivoren setzten diese Kontraktionen nach längerem Fasten ein ( ca. 6 h nach Mahlzeit).

Bei Herbivoren setzt der MMC schon deutlich früher ein, beziehungsweise kehrt er ca. alle 90 min unabhängig der Mahlzeiten wieder, da Pflanzenfresser meist dauerhaft fressen. Die dritte Phase kann sogar im gefütterten Zustand auftreten. 

Physiologie Physikum

Atmungsmechanik (Phasen, Übertragung, Pneumothorax)

Die Ventilation kommt zustande durch die Volumenänderung des intrathorakalen Raumes. Diese entsteht durch die Rippenbewegungen (Brustatmung) und durch die Zwerchfellkontraktionen (Bauchatmung -> wirkungsvoller).


Bei der Ventilation unterscheidet man drei Phasen, die durch die unterschiedlichen Volumina des Raumes erzeugt werden:

Atemruhelage, zwischen zwei Atemzügen befinden sich die in- und exspiratorischen Kräfte im Gleichgewicht und der intrapulmonale Druck entspricht den Luftdruck

Inspiration / Einatmung 

- Bei einer kranialbewegung der Rippenbögen kommt es zu einer Vergrößerung des Thoraxquerschnitts nach lateral und zentral 

- Kontraktion des Zwerchfells führt zu einer Vergrößerung des Thoraxraums in Richtung des Bauchraums 

- der intrapulmonale Druck fällt ab -> Unterdruck in der Lunge 

- Luft strömt entlang des Druckgefälles in die Lunge 

Expiration / Ausatmung

- Kaudalbewegung der Rippenbögen verkleinert den Thoraxraum 

- Relaxation des Zwerchfells 

- erfolgt eher passiv durch die Rückstellkräfte

- Verkleinerung des intrapulmonale Drucks -> Überdruck in der Lunge

- Ausatmung


Die Bewegungen des Thorax werden auf die Lunge übertragen durch die Pleuren. 

Das liegt daran das der Pleuraspalt, zwischen Pleura parietalis der Wand und Pleura visceralis der Lunge, mit einem dünnen Flüssigkeitsfilm gefüllt ist und völlig luftfrei. 

Der Flüssigkeitsfilm ist weder komprimierter noch dehnbar, daher folgt die Lunge gezwungenermaßen jeder Größen- und Formänderung des Thorax. 

Vorteil zur Verwachsung ist, dass die Lunge dennoch verschiebbar bleibt und so eine gleichmäßige Dehnung möglich ist.

Zur Aufrechterhaltung dienen die Epithelzelle, die Resorption und Sekretion der Flüssigkeit im Gleichgewicht halten. 

Außerdem ist der Druck in den Pleurakapillaren kleiner als der in der Atmosphäre oder im Alveolarraum, es können also keine Gasblasen entstehen. Und selbst wenn, können kleine Mengen an Gas resorbiert werden. 


Ein Pneumothorax ist die starke Ansammlung von Luft im Pleuraraum. Dies passiert als Folge von beispielsweise einem geplatzten Lungenblässchen, einem Riss in der Lunge oder größeren Brustkorbverletzungen. 

dadurch geht der Unterdruck in der Lunge verloren, und die Lunge fällt in sich zusammen bis auf ihre Eigenelastizität. 

Physiologie Physikum

mechanische Widerstände bei der Atmung 

Bei der Veränderung des Lungenvolumens müssen mechanische Widerstände überwunden werden. 

Dabei unterscheidet man in elastische und visköse Widerstände.


Die elastischen Atmungswiderstände sind sowohl während der Atemtätigkeit als auch in der Ruhephase wirksam. 

1. elastische Strukturen von Lunge und Thorax, also vor allem elastische Fasern

2. Oberflächenspannung der Alveolen, die an der Grenzfläche von Alveolarepithel und Alveolargas wirkt und durch Surfactant vermindert werden kann (siehe andere Karte)

Diese Spannungen führen dazu, dass die Lunge immer das Bestreben hat sich zu verkleinern.

Daher kann auch die normale Ruhe-Exspiration passiv erfolgen. 

Sie bestimmen die Ruhedehnungskurve der Lunge, sie sind also für die Beziehung zwischen Lungenvolumen und intrapulmonalem Druck verantwortlich, wenn kein Gasflow stattfindet. 


Die viskösen Atmungswiderstände sind nur während der Ventilation wirksam.

1. Strömungswiderstand der Atemwege (Resistance)

2. Gewebewiderstand entgegen plastischen Verformungen (machen nicht mehr als 10% aus)

Das sind die Widerstände die zusätzlich zu den elastischen überwinden werden müssen, wenn Gasaustausch stattfindet. 


Physiologie Physikum

Schilddrüse als neuroendokrinen Organ 
Die Schilddrüsenachse 
- Hypothalamus schüttet Thyreoliberin aus 
- Hypophyse schüttet daraufhin das Thyroidestimulierende Hormon aus 
- Aktivierung der Schilddrüse
- Hormone Tetraiodthyronin und Triiodthyronin werden synthetisiert und freigegeben 

Synthese und Speicherung
- aus der Aminosäure Tyrosin und Iod aufgebaut von den Thyreozyten und im Follikellumen 
- T3 entsteht auch bei der peripheren Umwandlung von T4 durch das selenabhängige Enzym Deiodinase (Leber, Gehirn, Hypophyse, braunes Fett) 
- gebunden an das Thyreoglobulin wird es in den Follikellumen gespeichert 

Wirkung an der Zielzelle
- Transport über das Blut zu 99% gebunden an Proteine 
- lipophil
- gelangen über spezifische transporter in die Zelle 
- wirken über Kernrezeptoren
- binden an DNA und ändern Genexpression und nehmen so Einfluss auf die Gewebefunktion
- Steigerung von Wachstum und Stoffwechsel 

Pathophysiologie
- Hypothyreose (Mangel) verlangsamt alle Stoffwechselvorgänge
- Hyperthyreose (Überschuss) beschleunigt alle Stoffwechselvorgänge -> Gewichtsabnahme, Heißhunger, Unruhe, schnelle HF
- Iodmangel -> Hormone können nicht mehr synthetisiert werden -> Kompensation durch Anschwillen der Follikel -> Kropfbildung 

Physiologie Physikum

Pathomechanismen der Thermoregulation
Hypothermie
-Wärmeverluste überschreiten die maximale Wärmeproduktion (5faches  des Ruhestoffwechsels)
- Körperkerntemperatur sinkt kontinuierlich ab
- milde Hyopthermie 35-32°C mit Kältezittern, Hyperventilation, Tachykardie
- 32°C Schläfrigkeit und Apathie
- 28°C Muskeln und Gelenke sind starr, Herzrhythmusstörungen 
- 25°C Kammerflimmern

Hyperthermie
- zu wenig Wärmeabgabe in Relation zu Aufnahme und Produktion
- länger andauernde Überhitzung von 43°C führt zu einem lebensbedrohlichen Hitzschlag

maligne Hyperthermie
- oft bei Schweinen
- Gendefekt im Ryanodin-Rezeptor 
- durch Stress kommt es zu einem unkontrollierten Ca-Ausstrom aus dem SR ins Cytosol -> Dauerkontraktion mit erhöhter Wärmeproduktion -> Hyperthermie mit teilweise Denaturierung der Muskelproteine -> blasses Fleisch, weich und wässrig (PSE-Fleisch)

Fieber 
ist nicht pathologisch, sondern eine physiologische Reaktion auf eine Infektion
- durch Pyrogene ausgelöste Erhöhung des SOLL
- Viren oder Bakterien (exogene Pyrogene) induzieren in den Granoluzyten und Makrophagen die Freisetzung von Cytokinen, die dann als endogene Pyrogene wirken
- Cytokines gelangen über fenestrierte Kapillaren zum Hypothalamus
- SOLLwert verschoben, KernTemperatur liegt dann unter dem neuen Wert -> Mechanismen der Wärmeproduktion setzen ein 
- Abtöten der Erreger bis keine endogenen Pyrogene mehr vorhanden
- SOLL sinkt wieder auf normal -> Kerntemperatur höher als der neue Wert -> Mechanismen der Wärmeabgabe werden aktiviert. 

Physiologie Physikum

Wie funktioniert die Sekretion in den Hauptzellen?
An den Ribosomen der Hauptzellen wird das Enzm Pepsinogen synthetisiert. 
Im Golgi-Apparat wird es dann in Sekretgranula verpackt, die von einer Membran umhüllt sind. 
Die Freisetzung erfolgt dann über Exocytose durch Verschmelzung der Zellmembran mit der Membran der Sekretgranula. 
Beide Transporte in der Zellle erfolgen über das Cytoskelett.

Durch den niedrigen pH-Wert des Magens wird das Pepsinogen dann zum aktiven Pepsin. 

Außerdem wird das Enzym Lysozym von den Hauptzellen im Magen der Wiederkäuer gebildet, welches an der Verdauung der Pansenbakterien beteiligt ist. 

Physiologie Physikum

Inwiefern bestimmt die Futteraufnahme die Sekretionsaktivität im Magen?
Futteraufnahme ist ein starker Stimulus für HCL- und Enzymsekretion und weniger stark für die Schleim- und Bicarbonat-Sekretion. 

Geruch, Geschmack und Erwartung sorgen schon noch vor dem Abschlucken dafür, dass die Sekretion angeregt wird = cephale Phase.
In der Gastralen Phase bewirken dann die Dehnung des Magens sowie Aminosäuren und Peptide reflektorisch eine Erhöhung der Sekretion. 

Physiologie Physikum

Welche Hormone sind wichtig in der Laktation
Mammogenese = Entwicklung der Milchdrüsen 
-> initiiert durch Östrogen und Progesteron 

Laktogenese = Start der Milchsynthese
-> durch Glucocorticoide wird lactogene Wirkung begonnen
-> die anfangs hohe Progesteronkonzentration muss Absinken, da Progesteron die Freisetzung von Prolactin aus dem Hypophysenvorderlappen hemmt (damit keine Milch gebildet wird vor der Geburt)
-> zunehmende Prolactinkonzentration ist essenziell für das Ingangsetzen der Milchprotein- und Lactosesynthese 
-> auch die Blut-Milch-Schranke (damit Nährstoffe im Sekret bleiben und nicht Ins Blut wandern) wird durch Prolactin und Cortisol geschlossen

Galactopoese = Aufrechterhaltung der Milchsynthese
-> im Vordergrund steht die Anpassung des Stoffwechsels 
-> hier ist vorallem die somatrope Achse mit dem Somatotropin (STH), dem Insulin-ähnlichen Wachstumsfaktor (IGF-1) und die IGF-Bindungsproteine wichtig 
-> Schilddrüsenhormone, Glucocorticoide und Leptin für ein ausgewogenes Verhältnis von Insulin und Glucagon 
-> Parathormon ist wichtig, da es Calcium aus den Knochen mobilisiert, da Calcium in großen Mengen an den Milchproteinen gebunden ist

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